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土地资源是国家或地区最重要的基础资源,各国都积极开展土地资源调查。在调查手段方面,日渐完善的多源遥感对地观测体系为土地资源调查提供可靠的技术和数据保障。特别是在开展大尺度土地调查过程中,利用航空高空间分辨率影像建设土地利用数据库,充分发挥中高分辨率航天遥感数据快速重复的特点,检验土地利用图斑的变化并对其进行更新是重要土地调查方法,也是提高土地资源调查效率的重要途径。
本文针对多尺度影像条件下,土地利用数据库更新过程中的主要问题开展如下工作。首先,参考已有标准规范,基于高精度航片数据制定土地利用数据库建设的标准规范,建设土地利用数据库;其次,通过高分辨率多时相SPOT5全色数据和中分辨率TM数据对土地利用图斑的几何形状和属性变化进行检测及更新;最后,通过抽样调查获取区域内特定土地利用类型面积变化总量信息进行测量。主要结论如下:
(1)结合航片数据、高分辨率数据、中分辨率多尺度遥感数据,基于边缘检测技术、变化检测技术,以及统计遥感抽样三大技术方法,构建了历史土地利用数据库年际变化检测、更新以及土地资源面积变化信息获取的技术方法体系,为开展大尺度土地资源变化监测,提高数据库的更新效率提供强有力的技术支撑,试验区的实践证明该技术体系操作性强,具有较强的应用价值和应用前景。
(2)将传统Canny算子和图像差分算法相结合,提出基于图像差分的变化边缘检测算法,对多时相高分辨率影像进行边缘检测,提取发生变化的图斑边缘,进而检测历史土地利用数据库中发生变化的图斑,并通过人机交互方式对图斑边界进行更新,提高海量土地利用数据库的更新效率。
(3)与传统PCA方法相比,基于后验概率的PCVA变化检测方法是更有效的变化检测方法,其总体精度和Kappa系数要明显高于前者的检测精度,分别高出20.460/0和0.22,而虚检率和漏检率较低,耕地上农作物植被季节性变化的影响使得PCVA变化检测的平均精度降低约70%。a多样性指数、优势类型两个变化指标相组合,可以判断并提取属性发生变化的图斑,并用PCVA像元级的变化检测结果对图斑属性进行更新。
(4)基于遥感信息和抽样调查的统计遥感调查技术,以道路框为单元的分层抽样方法,可以快速有效的获取土地利用类型的面积变化信息,从区域尺度建立了无详查数据条件下,获取面积变化总量的方法。从2005年-2008年,研究区新增耕地面积11.27平方公里,减少53.69平方公里,耕地总面积变化64.96平方公里。
(5)图斑变化强度与a多样性之间存在显著的二次回归关系,即当图斑内a多样性过小或过大的情况下,土地变化强度不大,图斑稳定不易变化;当a多样性处于中等水平时,图斑最容易发生性质的完全逆转。变化强度与图斑内优势类型的面积比例有明显的线性回归关系,属性逆转的图斑、未逆转的图斑和耕地作为主导类型的三类图斑,具有不同的回归特点。
通过本文研究,为多尺度遥感数据支持下历史土地利用数据库的变化检测和快速更新奠定基础,为进一步开展基于图斑的土地资源动态监测和管理提供技术支持。